Với những ưu điểm nổi trội cũng với việc được ứng dụng rộng dãi trong nhiều lĩnh vực như đã nêu ở trên của bơm Root (còn gọi là bơm Lobe) nhưng việc nghiên cứu các vấn đề chuyên sâu vềảnh hưởng của khe hở cạnh răng, ảnh hưởng của sai số chế tạo đến chất lượng ăn khớp, sinh nhiệt và tiếng ồn cũng như các nghiên cứu về vật liệu nhằm giảm kích thước và tăng tuổi bền hay ảnh hưởng của các thông số
kích thước động học đến chất lượng loại bơm này trong nước vẫn còn chưa được quan tâm đúng mực mặc dù trong thực tế loại bơm này đang được sử dụng khá phổ
Mặc dù bơm Root đã được nghiên cứu và phát triển từ những năm 50 của thế kỉ
XX đến nay cũng như đã có rất nhiều hãng khác nhau nghiên cứu và sản xuất các sản phẩm thương mại nhưng với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ
và nhu cầu sản xuất thực tiễn cũng nhưđòi hỏi ngày càng cao nhằm phục vụ cho đời sống của con người. Chính vì vậy các nhà khoa học trên thế giới vẫn tiếp tục các nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm đồng thời hạ giá thành cũng như
mở rộng khả năng ứng dụng của loại bơm này trong công nghiệp và các mặt khác nhau của đời sống con người. Tiêu biểu trong sốđó là các nghiên cứu sau đây:
+ Trong nghiên cứu của mình các nhà khoa học Nhật Bản tập trung vào đối tượng bơm cụ thể là bơm DRYMAC, đây là một loại bơm Root chân không với sáu khoang. Bơm này được chế tạo từ hợp kim nhôm có khả năng dẫn nhiệt cao tạo
điều kiện cho quá trình kiểm soát nhiệt độ trong phạm vi rộng một cách đồng bộ khi bơm hoạt động. Với những ưu điểm của mình DRYMAC đã được các nhà khoa học ứng dụng vào một trong những quá trình sản xuất phức tạp nhất
đối với các loại bơm nói chung và bơm Root nói riêng đó là quá trình Silicon nitride (Si-N) trong hệ thống LP-CVD [7]. Trong hình 1.9 chính là hình ảnh của bơm DRYMAC được chế tạo dựa trên những nghiên cứu thu được từ
nghiên cứu này.
+ Về thiết kế biên dạng cánh bơm các nhà khoa học Chiu-Fan Hsieh và Yii-Wen Hwang (2008) thuộc bộ môn cơ khí - Đại học Quốc gia Chung-Cheng - Đài Loan đã giới thiệu một phương án thiết kế biên dạng răng mới của bơm Root. Phương pháp này đưa ra cách thiết kế dựa trên một loại đường cycloid mở rộng là đường trochoid với một tỉ lệ xác định đã được tính toán. Phương pháp này mở ra một hướng thiết kế biên dạng cánh bơm mới của bơm Root cho hiệu suất lớn hơn so với phương pháp truyền thống [8]. Hình 1.10 cho ta thấy cụ thể sự
khác biệt về biên dạng cánh bơm theo hai phương pháp thiết kế truyền thống và phương pháp mới đưa ra, ta có thấy điểm khác nhau giữa đường Hypôxyclôít và Epyxyclôít trong phương pháp mới “mềm hơn” làm giảm ứng suất tiếp xúc.
+ Để tăng lưu lượng bằng cách tối ưu biên dạng cánh bơm các tác giả Shih-Hsi Tong và Daniel C.H. Yang (2000) thuộc bộ môn kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ thuộc Đại học California-Hoa Kì cũng đã giới thiệu hai phương pháp thiết kế cánh bơm mới và vấn đềảnh hưởng của các thông số hình học của cánh bơm Root (trong bài báo gọi là bơm Lobe) trong phương pháp thiết kế mới này
đến chỉ số hiệu suất và tỉ lệ bơm.Các thông số hình học này còn được sử dụng
để đo đạc hiệu suất của bơm đặc biệt các kết quả nghiên cứu đã được áp dụng cho loại bơm với tốc độ dòng chảy cao [9]. Trong hình 1.11 là biên dạng cánh bơm sau khi đã được tối ưu về biên dạng theo phương pháp được đưa ra với phương pháp mới này ta thấy được diện tích cánh bơm được thu nhỏ lại làm tăng diện tích khoang làm việc giúp tăng lưu lương của bơm.
Biên dạng theo thiết kế theo phương pháp truyền thống
Biên dạng theo thiết kế
theo phương pháp mới
+ Các kĩ sư của Viện nông nghiệp kỹ thuật Leibniz (Đức) và nhà máy sản xuất bơm Vogelsang Hugo Maschinenbau đã có nghiên cứu chuyên sâu về vấn đề
khe hở ở điểm tiếp xúc giữa hai cánh bơm và giữa cánh bơm với thành của buồng làm việc. Cụ thể đối tượng nghiên cứu là loại bơm Root có bốn cánh, cánh bơm dạng xoắn ốc dùng trong các nhà máy nước thải hay trong nông nghiệp, trong môi trường làm việc này cánh bơm thương bị dính các tác nhân cơ học làm tăng độ lớn của khe hở gây giảm hiệu quả của dòng chảy. Các tác giả bài báo đã phân tích, tính toán những ảnh hưởng đồng thời cũng đưa ra các giải pháp kĩ thuật đối với vấn đề này. Và các giải pháp này đã được áp dụng thành công vào các sản phẩm bơm mới được sản xuất tại nhà máy Vogelsang [10]. Hình 1.12 cho ta cái nhìn khái quát về các điểm xảy ra khe hở trong bơm Root.
Hình 1.17 Biên dạng cánh bơm với
Khe hở phía trên
Khe hở trung tâm
Ngoài ra còn rất nhiều nghiên cứu khác trong những năm gần đây được đề cập trong tài liệu tham khảo [7,11 - 15].
Về loại bơm này ở trong nước hầu như mới chỉ đề cập đến mặt nguyên lý hay xây dựng biên dạng cánh bơm [16], trong các sách về bơm thủy lực hay các tài liệu nguyên lý máy chủ yếu mới chỉ là giới thiệu qua chứ chưa có các nghiên cứu chuyên sâu. Các tài liệu kỹ thuật về loại bơm này rất ít và hầu như không có mặc dù loại bơm này được dùng phổ biến trong các dây chuyền sản xuất nhâp ngoại.
1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG I
Chương 1 giới thiệu một số loại bơm Root cùng với những ưu điểm nổi bật cũng như ứng dụng rộng rãi của bơm trong công nghiệp và đời sống. Ngoài ra còn rút ra được một số kết luận như sau:
Bơm Root hoạt động dựa trên nguyên lý ăn khớp ngoài của bánh răng với hai cánh bơm (có biên dạng là các đường Epixyclôít và Hypôxyclôít) quay cùng vận tốc nhưng ngược chiều nhau.
Bơm Root có nhiều ưu điểm vượt trội về hiệu suất hoạt động và được sử dụng phổ biến trong sản xuất công nghiệp đặc biệt là ngành công nghiệp đồ uống, thực phẩm đóng hộp và xử lý môi trường.
Bơm Root đã được sản xuất chủ yếu bởi các nhà xuất nước ngoài có kinh nghiệm lâu năm trong lĩnh vực sản xuất bơm. Đến nay, có rất nhiều kiểu bơm Root đã ra đời và được tối ưu về thiết kế cho những ứng dụng chuyên sâu.
Tình hình nghiên cứu về loại bơm này trong nước còn ít và mới chỉ dừng lại ở
việc xây dựng biên dạng. Ngược lại với tình hình trong nước, trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu chuyên sâu về loại bơm này về mọi mặt như tối ưu biên dạng, mài mòn trong quá trình hoạt động, vật liệu chế tạo cánh bơm v.v…
Chương 2
THIẾT KẾĐỘNG HỌC BƠM ROOT KIỂU XYCLÔÍT
Theo các tài liệu [16-20] biên dạng cánh bơm được hình thành từ hai đường Xyclôít là Epixyclôít (phần đỉnh răng cho bởi phương trình 1) và Hypôxyclôít (phần chân răng cho bởi phương trình 2), hình 4 dưới đây mô tả một số cánh bơm được ứng dụng trong công nghiệp. Về việc thiết lập phương trình Epixyclôít, Hypôxyclôít đã có rất nhiều công trình công bố với các phương pháp thiết lập khác nhau như
phương pháp giải tích [21], phương pháp tâm quay tức thời [20], phương pháp ma trận biến đổi [22] hay sử dụng các ma trận đại số [21]. Dưới đây là cách xây dựng biên dạng cánh bơm một cách hệ thống đầy đủ.